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1 前言 ..................................................................................................................................7 1 概論 ...............................................................................................................................8 1.1 絞車(chē)的發(fā)展 ...........................................................................................................8 1.1.1 我國(guó)絞車(chē)的發(fā)展............................................................................................8 1.1.2 國(guó)外絞車(chē)的發(fā)展............................................................................................8 1.1.3 國(guó)內(nèi)外水平對(duì)比.............................................................................................9 1.1.4 總體發(fā)展趨勢(shì)................................................................................................9 1.1.5“礦用絞車(chē)總體設(shè)計(jì)”設(shè)計(jì)思路 ..................................................................10 2 絞車(chē)的主要技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ........................................................................12 2.1 設(shè)計(jì)的原始參數(shù) ..................................................................................................12 2.1.1 電動(dòng)機(jī)的選用..............................................................................................12 3 總體方案設(shè)計(jì) ............................................................................................................14 3.1 設(shè)計(jì)條件 .............................................................................................................14 3.2 總體方案的初步擬定 .........................................................................................14 3.3 主要組成部分 .....................................................................................................15 4 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ............................................................................................16 4.1 計(jì)算傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分級(jí)傳動(dòng)比 ..............................................................18 4.1.1 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比......................................................................................18 4.1.2 分配各級(jí)傳動(dòng)比..........................................................................................18 4.2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) ..............................................................................19 4.2.1 各軸轉(zhuǎn)速.......................................................................................................19 4.2.2 各軸輸入功率..............................................................................................19 4.2.3 各軸轉(zhuǎn)矩.......................................................................................................19 4.3 高速級(jí)傳動(dòng)件設(shè)計(jì) .............................................................................................20 4.3.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型......................................................................................20 4.3.2 選擇材料......................................................................................................20 4.3.3 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)..............................................................................................20 4.4 低速級(jí)傳動(dòng)件設(shè)計(jì) ..............................................................................................24 4.4.1 選擇齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)..................................................24 4.4.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)..........................................................................25 4.4.3 計(jì)算...............................................................................................................26 4.4.4 安齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)...................................................................................27 4.4.5 設(shè)計(jì)計(jì)算.......................................................................................................28 4.4.6 幾何尺寸計(jì)算...............................................................................................29 4.7 高速軸設(shè)計(jì)（蝸桿軸） .....................................................................................30 4.7.1 軸的材料選擇..............................................................................................30 4.7.2 求作用在蝸桿上的力..................................................................................30 4.7.3 初步確定軸的最小直徑..............................................................................30 4.7.4 軸的校核....................................................................................................31 2 4.8 中間軸的設(shè)計(jì)(蝸輪齒輪軸) ...............................................................................34 4.8.1 軸的材料選擇..............................................................................................34 4.8.2 求作用在蝸輪和齒輪上的力......................................................................34 4.8.3 初步估算軸的最小直徑..............................................................................34 4.8.4 軸的校核......................................................................................................35 4.9 低速軸的設(shè)計(jì) .....................................................................................................36 4.9.1 軸的材料選擇..............................................................................................36 4.9.2 求作用在大齒輪上的力............................................................................36 4.9.3 初步確定軸的最小直徑..............................................................................36 4.9.4 軸的校核......................................................................................................37 4.9.5 按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度..................................................................38 4.9.6 按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度..................................................................38 5 主要部件的選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .....................................................................................40 5.1 制動(dòng)器的選擇 ......................................................................................................40 5.1.1 常用絞車(chē)制動(dòng)閘的形式..............................................................................40 5.1.2 絞車(chē)上應(yīng)有的安全裝置..............................................................................40 5.1.3 回柱絞車(chē)制動(dòng)器的作用...............................................................................41 5.1.4 制動(dòng)器的選用和設(shè)計(jì)...................................................................................42 5.2 滾筒的設(shè)計(jì) ..........................................................................................................43 5.2.1 滾筒材料......................................................................................................43 5.2.2 滾筒的功能..................................................................................................43 5.2.3 滾筒結(jié)構(gòu)....................................................................................................43 5.3 軸承支架的設(shè)計(jì) ..................................................................................................44 6 使用與維護(hù) .................................................................................................................47 6.1 回柱絞車(chē)的操作要求 .........................................................................................47 6.2 開(kāi)車(chē)前必須認(rèn)真檢查 .........................................................................................47 6.3 運(yùn)行中必須注意 ..................................................................................................47 6.4 鋼絲繩斷絲原因分析 .........................................................................................48 6.4.1 鋼絲繩間斷斷絲...........................................................................................48 6.4.2 鋼絲繩連續(xù)斷絲...........................................................................................48 6.5 絞車(chē)的安裝操作 ..................................................................................................48 6.6 后移 ......................................................................................................................49 6.7 維護(hù)與檢修 ..........................................................................................................50 小結(jié) ................................................................................................................................51 致 謝 ............................................................................................................................52 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................53 3 礦用絞車(chē)總體設(shè)計(jì) 摘要 回柱絞車(chē)又稱(chēng)慢速絞車(chē)，它是能拆除和回收回踩工作面頂柱的一 種機(jī)械。牽引力大和牽引速度慢是回柱絞車(chē)的主要性能要求。隨著機(jī)械 化采煤程度的提高，他越來(lái)越多的被應(yīng)用于機(jī)械化采煤工作面，作為安 裝、回收牽引各種設(shè)備備件之用。隨著絞的發(fā)展趨勢(shì)向標(biāo)準(zhǔn)化系列方向 發(fā)展；向體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊方向發(fā)展；向高效節(jié)能壽命長(zhǎng)低噪 音一機(jī)多能通用化大功率外形簡(jiǎn)單平滑美觀大方方向展回柱絞車(chē)也有了 相應(yīng)的改進(jìn)，礦用絞車(chē)總體設(shè)計(jì)借鑒 JH-8 回柱絞車(chē)和 JT0.86 提升絞 車(chē)的參數(shù)結(jié)構(gòu)力求達(dá)到這一目標(biāo)。 關(guān)鍵詞回 回柱絞車(chē) 提升絞車(chē) 改進(jìn) Abstract Prop-pulling hoist and says slow winch, it is can dismantle and back to back working on a mechanical spots. Traction and slow speed is prop-pulling hoist traction main performance requirements. With the mining mechanization degree rise, more and more be used in mechanized coal face, as installation, recycling of all kinds of equipment and spare parts with traction. Along with the development trend of the ground to the standardized series development direction; To small volume, light weight, compact structure direction; To the high efficiency and energy saving life long low noise, high power universal machine appearance is beautiful and 4 simple smooth direction exhibition prop-pulling hoist also had the corresponding improvement, mine hoist overall design reference JH-8 prop-pulling hoist and JT0.8 x 6 of the parameters of the hoist structure strive to achieve the this goal. Keyword Prop-pulling hoist hoist improvement 5 前言 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們?cè)诖髮W(xué)里的最后一次綜合能力的訓(xùn)練，他讓我們對(duì) 大學(xué)里所學(xué)過(guò)的課程譬如機(jī)械零件、機(jī)械原理、材料力學(xué)、礦山機(jī)械機(jī) 械設(shè)計(jì)學(xué)等進(jìn)行離一次全面的了解和加深。四年的大學(xué)生活馬上就要結(jié) 束了，在離開(kāi)學(xué)校走上工作崗位之前，畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們的一個(gè)考驗(yàn)， 這既考察了我們大學(xué)四年里對(duì)知識(shí)的全面掌握程度，又考察了我們的實(shí) 際應(yīng)用能力以及解決種種困難時(shí)的心態(tài)問(wèn)題！ 在以前的學(xué)習(xí)過(guò)程中我們做過(guò)了許多次課程設(shè)計(jì)，完成過(guò)幾份圖紙，但 這次完全使用電腦制圖、完成設(shè)計(jì)對(duì)我們還是第一次。因此，這也鍛煉 了我們對(duì)制圖查資料、電腦制圖的應(yīng)用和熟練程度。為我們?cè)谝院笤诠?作崗位上能夠更加駕輕就熟打下基礎(chǔ)，做好鋪墊！ 機(jī)械行業(yè)是一個(gè)由許多專(zhuān)業(yè)組成的，技術(shù)性很強(qiáng)的，需要緊密配合 的系統(tǒng)工程。是促進(jìn)我國(guó)發(fā)展的生命線。而目前，我國(guó)的機(jī)械行業(yè)在世 界之林中還尚處于落后的地位。因此，需要我們把握時(shí)代的的主流，為 國(guó)家為社會(huì)做出貢獻(xiàn)！ 6 1 概論 1.1 絞車(chē)的發(fā)展 1.1.1 我國(guó)絞車(chē)的發(fā)展 我國(guó)的絞車(chē)主要經(jīng)歷了仿制、自行設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。解放初期使用 的產(chǎn)品主要來(lái)自日本與蘇聯(lián)，1958 年以后，這些產(chǎn)品相繼被淘汰，并 對(duì)蘇聯(lián)絞車(chē)進(jìn)行了改進(jìn)，于 1964 年進(jìn)入自行設(shè)計(jì)階段?；茨厦簷C(jī)廠曾 設(shè)計(jì)了擺線齒輪絞車(chē)和少齒差傳動(dòng)絞車(chē)，徐州礦山設(shè)備制造廠也曾設(shè)計(jì) 制造了擺線和行星齒輪傳動(dòng)絞車(chē)，一些廠家還試制了 25kw 的調(diào)度絞車(chē)。 目前，礦用小絞車(chē)已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)化方面得到了相應(yīng)的發(fā)展，于 1982 年， 對(duì)以前指定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修改。 1.1.2 國(guó)外絞車(chē)的發(fā)展 國(guó)外礦用小絞車(chē)使用很普遍，生產(chǎn)廠家也很多。美國(guó)、日本、瑞 典等國(guó)家都制造了礦用小絞車(chē)，而且國(guó)外礦用小絞車(chē)種類(lèi)、規(guī)格較多， 比如調(diào)度絞車(chē)牽引力以 100kgf 到 3600kgf，動(dòng)力有電動(dòng)的、液力的、 風(fēng)動(dòng)的。工作機(jī)構(gòu)有單筒、雙筒、摩擦式。傳動(dòng)形式有皮帶傳動(dòng)、鏈?zhǔn)?傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、渦輪傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、行星輪傳動(dòng)、擺線齒輪傳動(dòng)等。 其中采用行星輪傳動(dòng)的比較多。發(fā)展趨勢(shì)是向著標(biāo)準(zhǔn)化系列化，向著體 積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊方向發(fā)展，向著高效、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、低噪音、 一機(jī)多能通用化、大功率、外形簡(jiǎn)單、平滑、美觀、大方方向發(fā)展的。 7 1.1.3 國(guó)內(nèi)外水平對(duì)比 （1）品種 國(guó)外礦用絞車(chē)的規(guī)格較多，適用于不同場(chǎng)合，我國(guó)的礦用絞車(chē) 規(guī)格較少品種型號(hào)多，也較繁瑣，標(biāo)準(zhǔn)化程度不夠高。 （2）形式 從工作機(jī)構(gòu)上分，國(guó)外有單筒、雙筒、摩擦式，而我國(guó)則較少。從 原動(dòng)力上分，國(guó)外有電動(dòng)的、風(fēng)動(dòng)的、液壓驅(qū)動(dòng)的。我國(guó)只有少量的電 動(dòng)和風(fēng)動(dòng)的。但近幾年有了較大程度的發(fā)展。 （3）結(jié)構(gòu) 我國(guó)及國(guó)外的調(diào)度絞車(chē)大多數(shù)采用行星齒輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，使用方便，但牽引力過(guò)小，特別是上山、下山很難實(shí)現(xiàn)較大的設(shè)備 搬運(yùn)工作。隨著采煤的機(jī)械化發(fā)展，綜采設(shè)備的頻繁搬遷，絞車(chē)也得到 了相應(yīng)的發(fā)展。使得絞車(chē)還需要具備快速回繩的功能。 （4）產(chǎn)品性能 主要壽命、噪音、可靠性、等綜合指標(biāo)與國(guó)外還有一定差距。 （5）三化水平 雖然我國(guó)的礦用絞車(chē)參數(shù)系列化方面水平優(yōu)于國(guó)外，但標(biāo)準(zhǔn)化和 通用化方面還遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)的機(jī)械制造國(guó)。 （6）技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 我國(guó)的礦用絞車(chē)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與國(guó)外特別是與美國(guó)等機(jī)械發(fā)達(dá)的 國(guó)家還有一定差距。 1.1.4 總體發(fā)展趨勢(shì) 縱觀國(guó)內(nèi)外礦用絞車(chē)的發(fā)展情況，其發(fā)展趨勢(shì)有以下幾點(diǎn)： （1）向著標(biāo)準(zhǔn)化系列化方向發(fā)展 8 使各制造公司都有自己的產(chǎn)品系列型譜，在這些型譜中，對(duì)絞車(chē)的 性能、參數(shù)作進(jìn)一步的明確規(guī)定，并強(qiáng)力推行實(shí)施，給設(shè)計(jì)、制造、使 用、維護(hù)帶來(lái)極大的方便。 （2）向體積小、重量輕結(jié)、構(gòu)緊湊方向發(fā)展 力求將絞車(chē)的運(yùn)動(dòng)及傳動(dòng)裝置、工作滾筒、制動(dòng)裝置部分底座等主 要部件綜合在一個(gè)系統(tǒng)中并加以統(tǒng)籌布局，充分利用空間，提高緊湊程 度，做好外形封閉。 （3）向高效節(jié)能的方向發(fā)展 選取最佳參數(shù)，最大限度提高產(chǎn)品功能，采用合理的制造精度， 提高生產(chǎn)效率。向壽命長(zhǎng)、低噪音的方向發(fā)展，使綜合性能指標(biāo)得到提 高。 （4）向一機(jī)多能化、通用化方向發(fā)展； （5）向大功率的方向發(fā)展； （6）向外形簡(jiǎn)單、平滑、美觀、大方、方向發(fā)展。 1.1.5“礦用絞車(chē)總體設(shè)計(jì)”設(shè)計(jì)思路 我所做的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是“礦用絞車(chē)總體設(shè)計(jì)” ，根據(jù)實(shí)際情況結(jié) 合網(wǎng)上搜到的資料，借鑒礦用回柱絞車(chē)的結(jié)構(gòu)布局和 JT0.80.6 型提 升絞車(chē)的滾筒技術(shù)參數(shù)（滾筒直徑為 800mm 寬度為 600mm）進(jìn)行設(shè)計(jì)改 良?；刂g車(chē)的結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn)： (1)傳動(dòng)系統(tǒng)都有一級(jí)減速比很大的蝸輪蝸桿傳動(dòng)，皆具備自鎖功 能，不會(huì)發(fā)生下故重物拉動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)情況。 (2)具有整體結(jié)構(gòu)，便于移動(dòng)和安裝，甚至可以用回柱絞車(chē)牽引力 來(lái)牽引絞車(chē)本身移動(dòng)。 (3)總傳動(dòng)比大(i150230)，能在電動(dòng)機(jī)功率較小時(shí)，獲得較大 9 的牽引力。 (4)因蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率低，易造成發(fā)熱和溫升過(guò)高,所以必須重視 潤(rùn)滑和維護(hù)。 (5)有的在電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器上裝有手動(dòng)制動(dòng)閘，有的在蝸輪減速器輸 出軸上裝有活動(dòng)齒輪和錐形摩擦制動(dòng)器，使回柱絞車(chē)可以按信號(hào)準(zhǔn)確停 位，并能從滾筒上自由放繩(不受蝸桿傳動(dòng)自鎖影響)，且可控制放繩速 度，防止松繩和亂繩。 (6)電氣控制裝置較簡(jiǎn)單，皆具備隔爆性能，可用于有瓦斯、煤塵 的環(huán)境場(chǎng)所。 10 2 絞車(chē)的主要技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 2.1 設(shè)計(jì)的原始參數(shù) 表 1-1 絞車(chē)的主要技術(shù)參數(shù) 滾筒直徑 mm 滾筒個(gè)數(shù) 繩速 m/s 電動(dòng)機(jī)功率 額定轉(zhuǎn)速 r/min 800 1 60 37 1500 2.1.1 電動(dòng)機(jī)的選用 （1）電動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)型式 回柱絞車(chē)主要用于井下回收支柱用,為防止瓦斯、粉塵等有害氣體 引起爆炸,故絞車(chē)的電動(dòng)機(jī)需要選用礦用防爆電機(jī).防爆電機(jī)的選型原則 是安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)方便,同其它的防爆電氣設(shè)備一樣應(yīng)根據(jù) 危險(xiǎn)場(chǎng)所的類(lèi)別和區(qū)域等級(jí)以及在該場(chǎng)所存在的爆炸性混合物的級(jí)別、 組別來(lái)選用.在這里我們選用 YB 系列防爆型三相異步電動(dòng)機(jī).結(jié)構(gòu)為封 閉臥式結(jié)構(gòu). （2）傳動(dòng)裝置的總效率 4321A 式中為從電動(dòng)機(jī)到繩筒之間各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸承的效率，由表查的滾 11 動(dòng)軸承 0.99，蝸桿傳動(dòng) 0.8，圓柱齒輪傳動(dòng) 0.97，彈性 聯(lián)軸器 0.99，繩筒滑動(dòng)軸承 0.96 則 20.897.0.96.78 （3）電動(dòng)機(jī)額定功率 根據(jù)原始數(shù)據(jù)選取電動(dòng)機(jī)的額定功率 KWPed3 （4）電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 因?yàn)槭窃诰鹿ぷ?要考慮到其安全可靠性,所以選用防爆電機(jī)，即 YB 系列防爆三相異步電機(jī),同步轉(zhuǎn)速為 1500m/min,滿載時(shí)轉(zhuǎn)速為 1480r/min. 12 3 總體方案設(shè)計(jì) 3.1 設(shè)計(jì)條件 （1）機(jī)器用途:煤礦井下回收支柱用的慢速絞車(chē); （2）工作情況:工作穩(wěn)定、平穩(wěn),間歇工作(工作與停歇時(shí)間比為 1:2),繩筒轉(zhuǎn)向定期變換; （3）運(yùn)動(dòng)要求:絞車(chē)?yán)K筒轉(zhuǎn)速誤差不超過(guò) 8%; （4）工作能力:儲(chǔ)備余量 10%; 3.2 總體方案的初步擬定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所給原始數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)對(duì)回柱絞車(chē)常用型號(hào)的傳動(dòng)方 式比較,最后選用一級(jí)為蝸桿傳動(dòng),一級(jí)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)方式.其傳動(dòng)結(jié) 構(gòu)圖如圖 1-1 所示。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,而且占用的空間小,適合井下狹窄空間.第 一級(jí)采用蝸桿機(jī)構(gòu),也符合回柱絞車(chē)傳動(dòng)比大的要求,所以經(jīng)過(guò)比較,最 終我選擇此種傳動(dòng)方案. 13 圖 1-1 JH-8 回柱絞車(chē)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 3.3 主要組成部分 JH-8 型回柱絞車(chē)由電動(dòng)機(jī)，圓弧面蝸桿蝸輪減速器，卷筒，底盤(pán) 五大部分組成。其傳動(dòng)原理是：動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)通過(guò)一對(duì)聯(lián)軸器傳動(dòng)圓弧 面蝸桿、蝸輪，由蝸輪軸上的小齒輪經(jīng)中間過(guò)橋齒輪傳動(dòng)大齒輪，大齒 輪帶動(dòng)卷筒，卷筒引鋼絲繩進(jìn)行工作。這個(gè)設(shè)計(jì)借鑒 JH-8 性回柱絞車(chē) 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：但取消了過(guò)橋齒輪，小齒輪通過(guò)與大齒輪嚙合將動(dòng)力傳到 大齒輪，大齒輪所在的軸通過(guò)一對(duì)聯(lián)軸器與滾筒相連將動(dòng)力傳到滾筒。 14 4 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)械器的工藝性能、結(jié)構(gòu)要求、空間位置和總傳動(dòng)比等條件選 擇機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)所需的傳動(dòng)類(lèi)型，并擬定從動(dòng)力機(jī)到工作機(jī)構(gòu)之間機(jī)械 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和總體布置。 一般情況下，盡管動(dòng)力機(jī)的輸出功率滿足工作機(jī)構(gòu)的要求，但輸出 的轉(zhuǎn)速、扭矩或運(yùn)動(dòng)形式很難符合工作機(jī)構(gòu)的需要，這時(shí)就需要采用某 種機(jī)械傳動(dòng)裝置。這是絕大多數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)的共同特點(diǎn)。 按照傳動(dòng)原理的不同，機(jī)械傳動(dòng)裝置可分為摩擦傳動(dòng)、嚙合傳動(dòng)和 推壓傳動(dòng)三種。根據(jù)傳動(dòng)比能否改變，機(jī)械傳動(dòng)裝置又可分為可調(diào)傳動(dòng) 比傳動(dòng)、固定傳動(dòng)比傳動(dòng)和變傳動(dòng)比傳動(dòng)三類(lèi)?；刂g車(chē)一般采用固定 傳動(dòng)比傳動(dòng)。 減速器傳動(dòng)：本回柱絞車(chē)由于總減速比較大，而采用動(dòng)力蝸桿減速 器。蝸桿傳動(dòng)的主要特點(diǎn)是：傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲、 自鎖性能好。對(duì)于回柱絞車(chē)，要求卷筒能夠自鎖。即卷筒的正反轉(zhuǎn)只能 由電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制；當(dāng)電源切斷時(shí)絞車(chē)馬上停止工作；卷筒本身 不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，以免發(fā)生事故。這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)裝置來(lái)控制卷筒的自 轉(zhuǎn)。而蝸輪蝸桿傳動(dòng)就起到了這個(gè)作用。因?yàn)槿羧∥仐U的蝸旋線開(kāi)角 小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角 ，則當(dāng)蝸輪主動(dòng)時(shí)，機(jī)構(gòu)自鎖，即只能v 蝸桿帶動(dòng)蝸輪，而不能蝸輪帶動(dòng)蝸桿。因此，采用蝸輪蝸桿減速器，就 能保證卷筒的自鎖性。這就是回柱絞車(chē)采用蝸桿減速器的一個(gè)重要原因。 但是，采用蝸桿減速器也有一缺點(diǎn)，就是傳動(dòng)效率低，這點(diǎn)應(yīng)在具 15 體的蝸桿減速器設(shè)計(jì)中充分重視，并設(shè)法提高。 采用圓弧齒圓柱蝸桿，就是提高效率的一種措施，這是一種新型的 傳動(dòng)裝置。它與普通的蝸桿傳動(dòng)相比，其不同在于，具有良好的潤(rùn)滑條 件使齒面之間建立連續(xù)的潤(rùn)滑油膜形成液體摩擦，從而降低摩擦系數(shù)， 減輕磨損，提高了承載能力和效率。因此，它具有承載能力大，使用壽 命長(zhǎng)，效率高（高 10-15%）等優(yōu)點(diǎn)。 齒輪傳動(dòng):選擇齒輪傳動(dòng)，是由于齒輪傳動(dòng)具有工作可靠，使用壽 命長(zhǎng)，瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)；傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、功率和速度適用范 圍廣等優(yōu)點(diǎn)。因斜齒輪傳動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向力，對(duì)傳動(dòng)不利。若采用人字 齒輪，雖可使齒輪軸向力自行抵消，但人字齒輪制造比較困難，所以選 擇直齒輪傳動(dòng)。 從結(jié)構(gòu)上看：如果讓蝸輪軸上的齒輪與主軸上的齒輪嚙合，由于傳 動(dòng)比大，會(huì)造成兩齒輪大小相差過(guò)甚，大齒輪太大以至于不好安裝和制 造，而且外形尺寸也太大。另外，渦輪軸上的小齒輪也不能太小，因?yàn)?根據(jù)強(qiáng)度要求限制了軸徑，從而控制小齒輪的尺寸只能小到某一程度。 否則，會(huì)給加工成本帶來(lái)諸多不便。況且卷筒和大齒輪以及蝸輪尺寸都 較大，讓蝸輪上的齒輪與卷筒上的齒輪直接嚙合，受尺寸限制，不容易 做到。基于以上原因，決定增加一中間軸，軸上安裝一過(guò)橋齒輪。這樣， 既可以得到合適的傳動(dòng)比，又可以令整體布局合理。 現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展，無(wú)論在承載能力、工作可靠穩(wěn)定方面，還是在結(jié) 構(gòu)尺寸和重量方面，對(duì)齒輪的傳動(dòng)的要求愈來(lái)愈高。標(biāo)準(zhǔn)齒輪由于存在 一些缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用范圍。為了滿足設(shè)計(jì)要求，我們決定設(shè)計(jì)三個(gè) 變位齒輪，作為改善齒輪傳動(dòng)質(zhì)量的有效方法。 已知條件:鋼繩牽引力 F=37kN,最大速度 V=60m/min,繩筒直徑 D=800mm,鋼繩直徑 d=14mm ，則滾筒轉(zhuǎn)速為 16 min8.238014.36 6D106n rvw 1 初步擬定出二級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)方案。因?yàn)槭蔷鹿ぷ?，是多粉塵，潮濕， 易燃易爆的場(chǎng)合，而且傳遞的功率大，傳動(dòng)要求嚴(yán)格，尺寸要求緊湊， 所以最后選定蝸桿-齒輪二級(jí)減速器。計(jì)算傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分級(jí)傳 動(dòng)比 4.1 計(jì)算傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分級(jí)傳動(dòng)比 根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案把總傳動(dòng)比分配到各級(jí)傳動(dòng)上，并要 求各級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力高，工作可靠，制造經(jīng)濟(jì)和效率高。 4.1.1 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比 628.23 140i 2 4.1.2 分配各級(jí)傳動(dòng)比 取蝸桿傳動(dòng)比 ，圓柱齒輪傳動(dòng)比36.2i18.2i 17 4.2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 4.2.1 各軸轉(zhuǎn)速 高速軸為 1 軸，中間軸為 2 軸，低速軸為 3 軸，則 min4801 rnm 3ir2.63.12i 4 min238.623nri 5 4.2.2 各軸輸入功率 按電動(dòng)機(jī)的額定功率計(jì)算各軸輸入功率，即 kwped371 wk01.298.2212 6 5.7.0.923213 7 18 4.2.3 各軸轉(zhuǎn)矩 mNn75.23814095011pT 8 98.41.60922 9 4.3 高速級(jí)傳動(dòng)件設(shè)計(jì) 4.3.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型 根據(jù) GB/T100851988 的推薦,采用漸開(kāi)線蝸桿(ZI) 4.3.2 選擇材料 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,并考慮到蝸桿傳動(dòng)傳遞的功率不大適中,速度是慢速,故 蝸桿用 20Cr,因需要效率高些,耐磨性好些,故蝸桿螺旋齒面要求淬火, 硬度為 45-55HRC.蝸輪用鑄鋁鐵青銅 ZCuAl10Fe3,金屬模鑄造.為了節(jié)約 貴重的有色金屬,僅齒圈用青銅制造,二輪芯用灰鑄鐵 HT100 鑄造. 4.3.3 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) （1）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì),再校核 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度. 19 23()EHZaKT 9 （2）確定作用再蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 由計(jì)算可知 10mN87.34912.601950T2 （3）確定載荷系數(shù) K 因工作較穩(wěn)定,故取載荷分布不均有系數(shù) ;由表選取使用系K 數(shù) ;由于轉(zhuǎn)速不高 ,沖擊不大,可取動(dòng)載系數(shù) ,1.5AK 1.05V 則 11.0..21 （4）確定彈性影響系數(shù) EZ 因選用得式鑄造鋁鐵青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故 1/260EZMPa （5）確定接觸系數(shù) 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 和傳動(dòng)中心距 a得比值 1/.35d,從中1d 查得 6.2Zp （6）確定許用接觸應(yīng)力 H 根據(jù)蝸輪材料為鑄鋁鐵青銅 ZCuAl10Fe3,金屬模鑄造,蝸桿螺旋齒面 硬度46HRC,可得蝸輪得基本許用應(yīng)力 MPaH260 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 1072 958.102.jNLnh 12 20 壽命系數(shù) 8.095.87HN1K 13 則 MPaHNH2086. 14 （7）計(jì)算中心距 m36.21.10765)28.16(489021.a33 15 取中心距 ,根據(jù)傳動(dòng)比,從手冊(cè)中取模數(shù) ,蝸桿分度5am 8 圓直徑 .這時(shí) ,可得接觸系數(shù) ,因?yàn)?80d1/0.35da51.2ZP ,因此以上計(jì)算結(jié)果可用.Z （8）蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 蝸桿 軸向齒距 ;直徑系數(shù) ;齒頂圓直徑 ;齒13.25Pa10qm196adm 根圓直徑 分度圓導(dǎo)程角 ;蝸桿軸向齒厚mf860d1 32.0 .2.5as 蝸輪 蝸輪齒數(shù) ;變位系數(shù) X=-0.5452Z 驗(yàn)算傳動(dòng)比 21 5.24i12z 16 這時(shí)傳動(dòng)比誤差為 這是允許的%63.0.36.2 蝸輪分度圓直徑 17mz04582d 蝸輪喉圓直徑 18mhaa 37682622 蝸輪齒根圓直徑 19dff .5.13722 蝸輪咽喉母圓半徑 20mag 376222r （9）校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 21.53FFaFKTYd 21 當(dāng)量齒數(shù) 2272.493.054cosz332 v 根據(jù) , ,從中可查得齒形系數(shù)7.2v.x278.2Fa 螺旋角系數(shù) 239.014Y0 22 許用彎曲應(yīng)力 FFNKA 24 從中可得由 ZCuAl10Fe3 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力MPaF120 壽命系數(shù) 25635.0958.7 6FN1K 所以 , MPaF2.7635.012 26 27MPa8.692.078360.491.1F 彎曲強(qiáng)度是滿足的. （10）驗(yàn)算效率 )tan(96.05.）（ 28 已知 ， ； 與相對(duì)滑動(dòng)速度 有32.10fvarctnvvs 關(guān)。 23 smnd/32.6cos10648cos106v0s 29 從表中用插值法查得 28.fv.0v 帶人式中得 大于原估計(jì)值，因此不用重算。86.0 （11）精度等級(jí)公差 考慮到所設(shè)計(jì)和表面粗糙度的確定的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng),屬于通用 機(jī)械減速器,從 GB/T 10089-1988 圓柱蝸桿,蝸輪精度中選擇 8 級(jí)精度, 側(cè)隙種類(lèi)為 f,標(biāo)注為 8f GB/T 10089-1988.然后由有關(guān)手冊(cè)查得要求的 公差項(xiàng)目及表面粗糙度，具體見(jiàn)圖紙。 4.4 低速級(jí)傳動(dòng)件設(shè)計(jì) 4.4.1 選擇齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) （1）選用直齒圓柱齒輪 （2）絞車(chē)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7 級(jí)精度(GB10095-88) （3）材料選擇 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)）硬度為 280HBS，大 齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240HBS，兩者材料硬度差為 40HBS （4）選小齒輪齒數(shù) ，26z1 則大齒輪齒數(shù) 758.4.2 24 4.4.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 3211.()tEtdHKTZud 1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （1）試選載荷系數(shù) (初選)1.3tK （2）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mNNn 418902.60955.922p0T 2 （3）選齒寬系數(shù) 5.0d （4）由此可得的材料的彈性影響因數(shù) 1/289.EZMPa （5）按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 ，大齒min60Hl 輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 min250HlPa （6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 181 6.2)538(1.60LNhj 3 08829.. （7）可得接觸疲勞壽命系數(shù) , 493.01kHN5.02HN （8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 25 取失效概率為 1，安全系數(shù) S1 5MPasHNHk586093.lim12in52.lKaS 4.4.3 計(jì)算 (1)試計(jì)算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中的較小的值d1t H 6mud ttTk45.275.819(.23148903.2E(.3 21 )Z） (2)計(jì)算圓周速度 7snt /78.0160.160v (3)計(jì)算齒寬 b 8mdt 3.45.27.1 (4)計(jì)算齒寬與齒高 b/h 模數(shù) 9mzdtt 7.82645.1 齒高 10t 6.19.5.h 26 8.56.1973bh 11 (5)計(jì)算載荷系數(shù) K 根據(jù) ，7 級(jí)精度，查圖得動(dòng)載荷系數(shù)s/m29.3v 06.1kv 直齒輪， ；1kFaH 由表 10-2 查得使用系數(shù) ；A 由表用插值法查得 7 級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱(chēng)布置時(shí)38.1F 故動(dòng)載荷系數(shù) 518.432.106.k HvA 12 （6）按實(shí)際的載荷系數(shù)教正所算得的分度圓直徑得 1mkdtt 51.239.8145.27331 3 （7）計(jì)算模數(shù) m mzd2.9651.31 14 27 4.4.4 安齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 15321)(mFSadYzTk （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的彎MPa501FE 曲強(qiáng)度極限 ；MPa380FE2 由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，86.0k1FN89.FN2 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 則得 MPaaSFENF 14.3074.158601 k5.2.922 計(jì)算載荷系數(shù) K 463.1806.1FavA 查取齒形系數(shù) 由表查得 .2Y1Fa 2.Fa 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表查得 49.1Sa68.12Sa 計(jì)算大小齒輪的 并加以比較aF 28 0126.4.37962Y1SaF 5..82SaF 大齒輪的數(shù)值較大 4.4.5 設(shè)計(jì)計(jì)算 m5.601.48963.12m32 對(duì)此計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) M 大于由齒根彎 曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒數(shù)模數(shù) M 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所 決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直 徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 6.555 并 就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 M = 8 mm ,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 ，m51.239d1 算出小齒輪齒數(shù) 304.8.1z 大齒輪的齒數(shù) 取 .6.23087z2 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 29 4.4.6 幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算分度圓直徑 m240831dz m69722 （2）計(jì)算中心距 48a1 （3）計(jì)算齒輪寬度 md1205.0b1 取 mB1202 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖（見(jiàn)圖紙） 4.7 高速軸設(shè)計(jì)（蝸桿軸） 4.7.1 軸的材料選擇 選用 45 號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)。 4.7.2 求作用在蝸桿上的力 已知: , , ,蝸桿分度圓kw37p1min/1480rmN238750T1 直徑 . 所以,80dm 圓周力 1NT75.9680231tF 軸向力 NdTa 89.234041921F 30 徑向力 NadT8463tan36041892tnF02r1 4.7.3 初步確定軸的最小直徑 取 ,于是得01A mnp16.3248071330mind 2 最小直徑處是安裝聯(lián)軸器得直徑 ,為使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的1d 孔徑相適應(yīng),故需同時(shí)選聯(lián)軸器的型號(hào). 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ,查表 14-1,取 ,則0caATK1.3AK mNk 075238.1 3 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩的條件,查標(biāo)準(zhǔn) GB/T5014- 1985,選用 TL7 型彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器,公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩 ,許用轉(zhuǎn)速50 2800r/min.半聯(lián)軸器孔 徑為 48mm,故取軸徑 ;半聯(lián)軸器長(zhǎng)度m48d1 L=112mm。 4.7.4 軸的校核 水平面支反力 0254601t1FHN 4 則 5.291 31 0254601HN2Ft 則 5.309HN2 垂直面支反力 02546-1a1VMr 3 其中 NDFa6.925 4 則 .1HV NFV8.2301r2 5 水平面彎矩 6m 5.680235.2913MHN1 mHN N25.680149 垂直面彎矩 FV473.111 258025H2 總彎矩 mN 3.16028.622V1H1 M59722 扭矩 mN38750T1 32 如圖 4-1 所示為高速軸的水平面彎矩圖,垂直面彎矩圖,合成彎矩圖 以及扭矩圖。 RAx d.水 平 面 彎 矩 （ kgm）e.垂 直 面 彎 矩 （ kgm）f.合 成 彎 矩 圖 （ kg m）g.扭 矩 圖 （ kgm） a.受 力 簡(jiǎn) 圖b.水 平 面 受 力 （ kg）c.垂 直 面 受 力 (kg)oYXZ yCBFartRxyFtRAx RBxF arRAy RBy 圖 4-1 33 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎距圖和扭距圖中可以看出 C 是軸的危面. 4.8 中間軸的設(shè)計(jì)(蝸輪齒輪軸) 4.8.1 軸的材料選擇 選用 45 號(hào)鋼,調(diào)質(zhì). 4.8.2 求作用在蝸輪和齒輪上的力 已知: , , ,小齒輪kw01.29（min/2.6rmNT418902 分度圓直徑 md4 作用在蝸輪上的力: 89.2341t2FaNt756rr12 作用在小齒輪上的力: NdT8.3470892t3Fatr .16n 4.8.3 初步估算軸的最小直徑 取材料為 45 號(hào)鋼,調(diào)質(zhì).取 ,于是得01A 34 mnpA8.72.601920mind 最小直徑處安裝軸承,所以取軸徑為 80mm.,所以選取 7016C 型角 接觸球軸承, , ,18015DB 4.8.4 軸的校核 （1）水平面支反力 05.81.19258321 FFttHN 則 HN8.2731 NFHNtt 9.2.7.34.912 垂直面支反力 05815Ma32 rrV 其中 mNda 7.6907.682M 則 NHV14FHVrr 4.8014.238132 （2）水平面彎矩 NmN 7.05.675.61H1